本發(fā)明屬于瓦斯抽采技術領域，具體涉及一種準確測定煤礦井下鉆孔瓦斯微流量方法。

技術背景

瓦斯作為煤炭的伴生資源，在地下煤層中大量富集。煤層瓦斯含量過高會嚴重影響煤礦的安全生產。治理瓦斯危害的一個有效方法就是煤層瓦斯抽采。煤層瓦斯抽采是向煤層打入一定尺寸的鉆孔，把抽采支管放入鉆孔、封孔，然后抽采支管連入抽采總管，把煤層瓦斯抽采出來，減小煤層瓦斯含量。

考察煤層瓦斯抽采效果的一個重要指標就是瓦斯抽采量，抽采的幾個重要參數有混合流量、瓦斯?jié)舛取囟?、負壓、瓦斯純流量等。其中混合流量與瓦斯?jié)舛戎e為瓦斯純流量。目前煤礦井下普遍使用的最精確的鉆孔瓦斯微流量測定方法是利用高精度的瓦斯抽采參數測定儀，由井下抽采特殊條件以及現有技術水平限制，該儀器實際使用中有流量測定下限。單個抽采支管內混合流量在很多情況下是小于該流量測定下限，無法測到鉆孔真實的混合流量，也就無法計算得到瓦斯抽采純流量。

單孔瓦斯抽采流量的測定有著重要意義，利用單孔流量可以對每個鉆孔的打鉆、封孔質量進行評價，通過該單孔流量可以推測煤層局部區(qū)域是否有特殊構造，把單孔流量與鉆孔打鉆過程中的現象對應起來可以進行瓦斯抽采技術分析。目前井下瓦斯抽采量的測定一般是把多個抽采支管的流量匯合起來，匯合之后的總流量大于瓦斯抽采參數測定儀的流量測定下限，以此來測定所有這些鉆孔的總流量。這樣的方法還是難以確定單孔瓦斯抽采流量，雖然該方法可以使用差值法間接得到單孔抽采流量，但是操作繁瑣、準確度低。

技術實現要素：

針對現有技術中存在的問題，本發(fā)明提供一種測定鉆孔瓦斯微流量方法，可以準確測定單孔初始流量Q₁在很小的情況下的瓦斯抽采參數，且操作簡便，速度快，對抽采系統(tǒng)本身幾乎不產生影響。

為實現上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

在所測鉆孔單孔初始流量Q₁小于瓦斯抽采參數測定儀的流量測定下限Q₄時，在導流管煤壁側的抽采支管上一定距離s插入內徑為d₂的引氣針管，通過引氣針管引入一部分空氣增大導流管處流量，對引氣針管尺寸、插入位置、測定時間合理確定，可以利用現有瓦斯抽采參數測定儀準確測量單孔抽采瓦斯流量。具體步驟如下：

a.把瓦斯抽采參數測定儀的測量接頭接入導流管，測定抽采支管內的初始瓦斯?jié)舛菴₁。

b.在抽采支管靠近煤壁方向插入一個引氣針管，拔出引氣針管上的橡膠塞，巷道中的空氣通過引氣針管進入抽采支管增加抽采支管內混合流量，使得混合流量大于瓦斯抽采參數測定儀的流量測定下限Q₄，流量讀數穩(wěn)定之后測得增流后流量Q₂；

c.在拔出橡膠塞一段時間t之后，測定抽采支管內的增流后瓦斯?jié)舛菴₂。

d.用橡膠塞重新把引氣針管堵住以盡量減少混入空氣對抽采系統(tǒng)的影響，下次測量需要之時再次拔出。

e.巷道內空氣瓦斯?jié)舛扰c抽采支管內的瓦斯?jié)舛认啾确浅Ｐ?，假設為0。由瓦斯物質量守恒，有公式Q₁C₁＝Q₂C₂，得Q₃為單孔瓦斯純流量，利用Q₃＝Q₁C₁或Q₃＝Q₂C₂計算。

引氣針管的內徑d₂由流體力學公式確定：

由得

式中，Q₅：需要通過引氣針管引入抽采支管的空氣流量，一般可取Q₅＝Q₄；C_d：引氣針管流量系數，針對具體的針管形態(tài)，其值由實驗確定，取值一般為0.6～0.9；Δp：抽采負壓；ρ：巷道空氣密度。需要指出的是，為了便于實際應用，本發(fā)明中d₂的計算可以是一個粗略值。公式中Q₅、C_d、Δp、ρ在不同的場合及時間是有一定的變化，但這幾乎不影響本發(fā)明的計算精度，因為對Q₁及Q₃的計算并沒有直接涉及Q₅。d₂值的確定原則是在保證Q₅不小于瓦斯抽采參數測定儀流量測定下限Q₄的情況下盡量小，以減小引入氣體對抽采效果的影響。對于瓦斯抽采參數測定儀流量測定下限確定的情況，一個礦井只需要有確定一個固定的d₂滿足流量測量即可。

數值模擬以及現場實測表明，通過引氣針管引入的巷道空氣進入抽采支管后向抽采總管移動20cm之后已經與抽采支管內的初始氣體基本混合均勻。在現場為了充分保證混合度，導流管與引氣針管的距離s不小于1m。

t₀為引入氣體到達導流管的時間，d₁為抽采支管內徑，有t大于t₀,保證所測的濃度C₂為引入巷道空氣混合之后的氣體瓦斯?jié)舛取?/p>

利用引氣針管向抽采支管引入巷道空氣，理論上必然會引起抽采支管內的負壓下降。但數值模擬表明負壓下降值只有幾帕至幾十帕；并且井下實測中利用了分辨率為100pa的測壓儀器對5個鉆孔進行測試，都沒有發(fā)現插入針管前后負壓值的變化。井下瓦斯抽采負壓值一般在10kpa以上，所以，數值模擬以及現場實測都證明利用該方法對實際瓦斯抽采的影響可以忽略。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結構示意圖

圖2是引氣針管附近局部示意圖

圖中：1-煤壁，2-抽采支管，3-抽采總管，4-導流管，5-瓦斯抽采參數測定儀，6-測量接頭，7-引氣針管，8-橡膠塞

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述：

本實施例中，鉆機向煤壁1施工直徑79mm鉆孔，將抽采支管2伸入鉆孔18m進行封孔，導流管4接入抽采支管2，抽采支管2接入抽采總管3，開啟負壓抽采。

本實施例中所用的瓦斯抽采參數測定儀5的流量測定下限Q₄為0.040m³/min,抽采支管2內徑d₁為60mm，導流管4與引氣針管7的距離s為1.5m。

測定鉆孔瓦斯微流量方法步驟：

a.引氣針管7的內徑d₂由流體力學公式確定：

由得

式中，Q₅：需要通過引氣針管7引入抽采支管2的空氣流量；C_d：引氣針管7的流量系數，針對具體的針管形態(tài)，其值由實驗確定，取值一般為0.6～0.9；Δp：抽采負壓；ρ：巷道空氣密度。d₂值的確定原則是在保證Q₅不小于瓦斯抽采參數測定儀流量測定下限Q₄的情況下盡量小，以減小引入氣體對抽采效果的影響。本實例中取Q₅＝Q₄＝0.040m³/min；C_d＝0.6；ρ＝1.2kg/m³；Δp＝10kpa。

計算得d₂＝3.3mm。

b.瓦斯抽采參數測定儀5的測量接頭6接入導流管4，測定抽采支管2內的初始瓦斯?jié)舛菴₁＝71％。

c.在抽采支管2靠近煤壁1方向插入引氣針管7，拔出引氣針管7上的橡膠塞8，巷道中的空氣通過引氣針管7進入抽采支管2增加抽采支管2內氣體流量，流量讀數穩(wěn)定之后測得單孔增流后流量Q₂＝0.068m³/min。

d.計算在拔出橡膠塞8最少3.8s以后，測定抽采支管2內的增流后瓦斯?jié)舛菴₂＝23％。

e.用橡膠塞8重新把引氣針管7堵住以盡量減少混入空氣對抽采系統(tǒng)的影響，下次測量需要之時再次拔出。

f.巷道內空氣瓦斯?jié)舛扰c抽采支管內的瓦斯?jié)舛认啾确浅Ｐ?，假設為0。Q₁為抽采支管的單孔初始流量，Q₃為單孔瓦斯純流量。由瓦斯物質量守恒，有公式Q₁C₁＝Q₂C₂，得利用Q₃＝Q₁C₁或Q₃＝Q₂C₂計算單孔瓦斯純流量為0.016m³/min。